萬 瓊，葉 紅

(三峽大學第一臨床醫(yī)學院，湖北 宜昌 443000)

卵巢功能早衰相關基因研究進展

萬 瓊，葉 紅

(三峽大學第一臨床醫(yī)學院，湖北 宜昌 443000)

卵巢功能早衰(Premature ovarian failure，POF)是女性不孕常見病因之一，其發(fā)病率有逐年上升的趨勢。POF的病因復雜，主要包括遺傳學因素、免疫學因素、醫(yī)源性因素及代謝、環(huán)境、感染等因素，但部分特發(fā)性卵巢功能早衰患者病因及機制尚不完全明確。近年，關于POF發(fā)病機制的分子生物水平研究較多，但無論是基因單核苷酸多態(tài)性的分析及家族遺傳學的研究還是進一步蛋白功能學的研究，都顯示性染色體上的FMR1、BMP15及常染色體上的FSHR、GDF9、FOXL2等基因突變可能與卵巢早衰發(fā)生相關。本文將從遺傳學角度對POF病因學進行綜述。

卵巢功能早衰；遺傳；基因突變；單核苷酸多態(tài)

卵巢是一種具有其獨特發(fā)育周期的內分泌器官，卵泡的周期性更新替換維持女性的生殖健康及生活質量。個人停經年齡受遺傳、免疫、環(huán)境、感染等因素的影響。以最后一次月經為標準，女性自然停經年齡平均在50.7歲[1]。卵巢功能早衰(Premature ovarian failure，POF)主要是指女性在40歲之前發(fā)生卵巢功能的衰退，近年國際上逐漸使用原發(fā)性卵巢功能不全(Primary ovarian insufficiency，POI)取代對POF的命名，臨床表現為原發(fā)性閉經或者繼發(fā)性閉經，并伴有不同程度的絕經綜合征，包括性欲低下、陰道干澀、不孕、潮熱多汗、失眠多夢等，由于雌激素水平下降易引起脂肪代謝紊亂導致冠心病、骨質疏松癥等。本病的發(fā)病率呈逐年上升趨勢且有低齡化趨勢[2]。據統計，本病在40歲之前的發(fā)病率為1%～2%，在30歲之前的發(fā)病率為0.1%[3]，在20歲以前發(fā)病率為0.01%[4]。POF病因復雜，遺傳，自身免疫，環(huán)境，醫(yī)療(卵巢手術，放、化療)，代謝，感染等因素均可導致POF的發(fā)生，且存在個體差異。近年來，國內外關于POF病因及發(fā)病機制的研究多集中于遺傳、基因突變及免疫等方面。本文就卵巢功能早衰相關基因研究進展進行綜述。

1 脆性X智力障礙基因(FMR1基因)

FMR1基因首次被克隆出是在1991年[5]。該基因位于染色體Xq27.3上，其外顯子1的5'非翻譯區(qū)包含了一個具有高度多態(tài)性的CGG重復序列，其四種等位基因形式決定了CGG重復序列在遺傳過程中的長度大小及其不穩(wěn)定性，等位基因在父代遺傳給子代時的不穩(wěn)定性可導致幾代人的基因完全變異[6]。FMR1的表達具有時空特異性，其正常表達對于每個細胞發(fā)揮正常功能是必不可少的。

有學者研究顯示，中間或灰色區(qū)域的等位基因在卵巢功能早衰的發(fā)生發(fā)展中有一定關聯[7]。Bretherick等[8]發(fā)現患有POF的女性中約有14.2%的等位基因包括從35～54的CGG重復序列。Barasoain等[6]在巴斯克人中選取患有特發(fā)性卵巢功能早衰的女性和正常健康女性分成兩組分別進行FMR1基因CGG重復序列等位基因的檢測，結果顯示在患有特發(fā)性POF的女性中出現FMR1CGG等位基因≥35的頻率(12.19%)超過對照組(3.13%)，患者組攜帶危險區(qū)等位基因(35～65CGG重復序列)的頻率包括中間和前突變等位基因明顯高于正常對照組。該研究結果表明中間和前突變等位基因以及FMR1中間CGG重復序列等位基因大小與女性40歲以前閉經、月經周期紊亂、卵巢功能障礙有一定關系。Tural等[9]對50名攜帶有FMR1基因突變的女性進行研究，其中約24%患有POF，研究結果顯示在POF患者體內檢測出的前突變頻率達6.6%。在大多數病例中，卵巢功能早衰的病因仍是未知的，雖然FMR1基因僅僅只是眾多潛在危險病因中的一個代表，但是目前國內外多項研究表明該基因是與POF最有顯著關聯的單基因。

2 卵泡刺激素受體(FSHR)基因

卵泡刺激素(FSH)由腺垂體合成并分泌，是卵泡發(fā)育必需的激素。在女性體內，FSH促進卵泡顆粒層細胞增生分化，促進整個卵巢發(fā)育。FSH的生理功能是通過靶細胞膜上的卵泡刺激素受體(FSHR)介導并通過級聯放大作用將FSH的生物信號傳遞給下游。FSH的血清濃度水平以及FSH與FSHR的正常結合維系著卵泡的正常發(fā)育。

FSHR屬于G蛋白耦聯受體超家族中的糖蛋白亞家族成員，由695個氨基酸構成(其中包括氨基端長度為17個氨基酸的疏水信號肽)，成熟的FSHR分子量大約為75 000。FSHR由具有氨基端的胞外區(qū)、7次插入細胞膜的跨膜區(qū)及具有羧基端的胞內區(qū)3部分構成，FSHR的胞外區(qū)(N基端)與FSH的結合有關[10]。FMR1基因是由＞2 000個核苷酸構成的開放閱讀框，是單拷貝基因，該基因位于人染色體2p21～16區(qū)，長度約為54 kb，由10個外顯子和9個內含子組成，跨越69～251 bp的1～9號外顯子編碼大部分胞外區(qū)，長度為1 25l bp的10號外顯子編碼胞外區(qū)的羧基端、跨膜區(qū)和胞內區(qū)[11]。FMR1蛋白功能的穩(wěn)定對于FSH生物功能的發(fā)揮有著密切的關系，FMR1基因的突變和單核苷酸多態(tài)性勢必極大程度地影響性腺功能。

根據突變對受體活性影響的差異，FMR1基因上突變基因分為活性突變和失活突變2種。FMR1基因的失活突變可能導致原發(fā)或繼發(fā)性閉經、高促性腺素性功能障礙、卵巢早衰等生殖疾病。Aittomaki等[12]在1995年報道了第一個FMR1基因突變，研究者在芬蘭女性人群中選取6個高促性腺性卵巢功能不全家族進行系統的遺傳學連鎖分析，結果顯示第566位堿基由胞嘧啶(C)突變?yōu)樾叵汆奏?T)，其翻譯所得的蛋白產物189位的丙氨酸由纈氨酸占據，該突變在FMR1基因的第7外顯子上，屬于胞外區(qū)的失活突變。Woad等[11]在新西蘭女性人群中選取80名患有POF的患者與80名生育健康女性進行對照研究分析，結果顯示在患者組未發(fā)現一例出現第566位堿基由C突變?yōu)門(蛋白產物189位纈氨酸占據丙氨酸)，也沒有發(fā)現位于第7外顯子上的突變，在這些新西蘭患者中也沒有發(fā)現位于第10外顯子上的失活突變，僅僅在1例POF患者中發(fā)現第1 022位堿基由T突變?yōu)镃 (蛋白產物341位丙氨酸占據纈氨酸)，而在對照組中未發(fā)現任何異常突變?；蛲蛔儾⒉皇菍е翽OF的常見原因，同時它在POF的病程進展中無明顯作用。目前，國內外對于FMR1基因突變的研究仍然不能確切地反映其對卵巢功能影響的實際意義。

3 生長分化因子9(GDF9)基因和骨形態(tài)發(fā)生蛋白15(BMP15)基因

GDF9基因是由卵母細胞分泌的一種生長分化因子，是TGF-β(轉化生長因子-β)超家族的一員，人GDF9基因定位于5號染色體上(5q31.1)，它是由卵母細胞分泌的糖蛋白，主要表達于卵母細胞中[13]，能促進顆粒細胞增殖及卵泡膜細胞的分泌[14]。GDF9通過細胞外調節(jié)蛋白激酶(ERK)、母親DPP同源物(SMAD)等信號轉導途徑調節(jié)卵泡顆粒細胞增殖、卵泡的發(fā)育及排卵[15]。

骨形態(tài)發(fā)生蛋白15(BMP15)基因也是TGF-β超家族成員之一，是近年來備受關注的卵母細胞源性生長因子之一。該基因定位于人類Xp11.2上，包含2個長度為328 bp和851 bp的外顯子和1個4.2 kb的內含子。BMP15是一種在卵巢組織表達的卵母細胞衍生因子，參與卵泡的增殖分化調節(jié)及卵母細胞的生長。有學者研究發(fā)現BMP15基因在早期卵泡形成中起關鍵作用[16]。同時，BMP15也在腦垂體上有微弱表達，對FSH的合成和分泌有重要調控作用，另外，BMP15通過抑制FSH受體mRNA的表達來達到阻止卵泡形成的后期分化階段[17]。

GDF9與BMP15不僅具有較高的同源性、相似的結構及在卵巢中類似的表達模式，而且在功能上也密切相關，通常二者表現為協同效應?？焖贉p少的卵母細胞和持續(xù)丟失的顆粒細胞均和卵巢早衰有密切關系，而GDF9和BMP15完全符合這個標準[16]。Dong等[18]對經GDF9基因敲除的老鼠進行研究，發(fā)現其卵泡發(fā)育停滯與最初原始卵泡階段。Di Pasquale等[19]在2004年報到有2個意大利姐妹因BMP15基因純合子突變(p.Y235C)而導致促性腺激素分泌過多的卵巢功能衰退，這種突變在功能測試中被證明和不合理的GC增加有關，而她們均由她們的健康父親遺傳致病，說明BMP15基因突變僅僅導致X染色體相關疾病而父親作為半合子不會受到影響。Wang等[20]于2010年在漢族女性中選取100例POF患者與100例對照組進行BMP15基因編碼區(qū)測序，結果發(fā)現患者組存在錯義突變(c.985C＞T)及單核苷酸多態(tài)(c.598C＞T)，且突變存在于成熟肽中，而在對照組中未檢測到突變。目前對BMP15和GDF9基因突變與卵巢功能早衰之間的關聯的研究還需進行更多的病例研究，這是目前所欠缺的。

4 FOXL2基因

FOXL2是第一個被認定在維持卵巢功能中發(fā)揮重要作用的常染色體基因，也是在脊椎動物中最早被發(fā)現的卵巢分化的性別二態(tài)性標記。該基因位于細胞核內，定位于3q23(3號染色體2區(qū)3帶)區(qū)域，長2.7 kb，僅由1個外顯子構成，該基因包含一個特有的101個氨基酸的forkhead DNA結構域(位置在第54～148殘基區(qū)域)和一個與此分離但功能尚未闡明的多聚丙氨酸肽段(n=14)。有研究資料顯示，FOXL2基因是人類早期卵巢生成機分化過程中的重要調控因子，通過轉錄調節(jié)作用，調節(jié)其靶基因的轉錄及蛋白表達，同時也參與顆粒細胞的增殖分化，該基因對正常的卵泡發(fā)育及卵巢功能的維持有重要意義[21]。

FOXL2基因突變常導致BPES(上瞼下垂綜合征)。BPES分為兩型：Ⅰ型女性患者不孕，原發(fā)性或者繼發(fā)性閉經，小子宮及卵巢萎縮；Ⅱ型男女患者均可生育。BPESⅠ型患者常伴有卵巢功能提前衰退[22]。Govoroun等[23]克隆了雞FOXL2基因的c FOXL2(開放讀碼框)，對雞的卵巢發(fā)育期和成熟期FOXL2的表達進行檢測以了解鳥類FOXL2在卵巢分化發(fā)育中的調節(jié)作用。研究顯示，FOXL2是一種卵巢發(fā)育的早期調控因子，并和芳香酶的轉錄調節(jié)有關。近年有研究證實了人體的FOXL2基因C402G錯義突變在卵巢GCT中占有重要的比例。有學者通過高通量測序對四個獨立GCT樣本進行測序證實了人體的FOXL2基因突變[24]。Nallathambi等[25]描述了一個純合FOXL2基因突變導致帶有5'殘基(FOXL2-Ala19)的聚丙氨酸擴張。同時，另外有學者證明了FOXL2聚丙氨酸擴張導致長度依賴性蛋白質異常定位與聚集，并證實伴有FOXL2突變的婦女的卵巢早衰是由于蛋白質聚丙氨酸異常擴張導致的，但其機制尚不清楚[26]。FOXL2基因突變對卵巢功能的影響是經過國內外學者研究共同證實的，但其機制尚需更多研究證實。

5 總結

總結上述所列舉的基因變異及多態(tài)性，FMR1、FSHR、GDF9、BMP15、FOXL2等基因均在卵巢早衰中扮演一定的角色作用。另外，NANOS3、TGFBR2、TGFBR3、ACVR2B、ADAMTS16、ADAMTS19等基因也可能是特發(fā)性POF的潛在病因。可見遺傳因素是導致卵巢功能早衰眾多病因中的一種重要因素是毋庸置疑的，但是具體對于每一患者，其致病因素是多元化的。結合近年來國內外學者專家的研究結論來看，遺傳因素分子生物水平的研究在POF(且大多數為特發(fā)性POF)的病因分析中提出了一項特殊的挑戰(zhàn)，可以認為POF是一種由多基因決定的具有一定遺傳傾向的疾病，而對于某些特發(fā)性的POF，也可能與地域、血緣等因素相關。但是，目前對于基因突變或基因多態(tài)性等遺傳因素在卵巢功能早衰中的作用研究并無太大進展，尚需更多研究來證實相關候選基因在POF中的作用，為防治POF提供更全面的基礎理論。

[1]包 蕾,張紹芬,張月萍.卵巢功能早衰的研究進展[J].國際生殖健康/計劃生育學雜志,2011,30(6):479-483.

[2]Cordts EB,Christofolini DM,Dos Santos AA,et al.Genetic aspects of premature ovarian failure:a literature review[J].Arch Gynecol Obstet,2011,283(3):635-643.

[3]Shelling AN.Premature ovarian failure[J].Society for Reproducing and Fertility,2010,140:633-641.

[4]Kokcu A.Premature ovarian failure from current perspective[J]. Gynecological Endocrinology,2010,26(8):555-562.

[5]Rousseau F,Labelle Y,Bussières J,et al.The fragile X mental retardation syndrome 20 years after the FMR1 gene discovery:an expanding universe of knowledge[J].Clin Biochem Rev,2011,32 (3):135-162.

[6]Barasoain M,Barrenetxea G,Huerta I,et al.Study of FMR1 gene association with ovarian dysfunction in a sample from the Basque Country[J].Gene,2013,521(1):145-149.

[7]Streuli I,Fraisse T,Ibecheole V,et al.Intermediate and premutation FMR1 alleles in women with occult primary ovarian insufficiency [J].Fertil Steril,2009,92(2):464-470.

[8]Bretherick KL,Fluker MR,Robinson WP.FMR1 repeat sizes in the gray zone and high end of the normal range are associated with premature ovarian failure[J].Hum Genet,2005,117(4):376-382.

[9]Tural S,Tekcan A,Kara N,et al.FMR1 gene mutation screening by TP-PCR in patients with premature ovarian failure and fragile-X [J].Gynecol Endocrinol,2014,4:1-5.

[10]Gromoll J,Pekel E,Nieschlag E.The structure and organization of the human follicle-stimulating hormone receptor(FSHR)gene[J]. Genomics,1996,35(2):308-311.

[11]Woad J,Prendergast,Winship M,et al.FSH receptor gene variants are rarely associated with premature ovarian failure[J].Reproductive BioMedicine Online,2013,26:396-399.

[12]Aittomaki K,Lucena J,Pakarinen P,et al.Mutation in the follicle-stimulating hormone receptor gene causes hereditary hypergonadotropic ovarian failure[J].Cell,1995,82(6):959-968.

[13]Duffy DM.Growth differentiation factor-9 is expressed by the primate follicle throughout the periovulatory interval[J].Biol Reprod, 2003,69(2):725-732.

[14]Peng J,Li Q,Wigglesworth K,et al.Growth differentiation factor 9/bone morthogenetic protein 15 heterodimers are potent regulators of ovarian functions[J].Proc Natl Acad Sci USA,2013,110(8): 776-785.

[15]Sasseville M,Ritter LJ,Nguyen TM,et al.Growth differentiation factor 9 signaling requires ERK1/2 activity in mouse granulosa and cumulus cells[J].J Cell Sci,2010,123(Pt 18):3166-3176

[16]Ledig S,R?pke A,Haeusler G,et al.BMP15 mutations in XX gonadal dysgenesis and premature ovarian failure[J].Am J Obstet Gynecol,2008,198(1):84.e1-5.

[17]Laissue P,Vinci G,Veitia RA,et al.Recent advances in the study of genes involved in non-syndromic premature ovarian failure[J].Mol Cell Endocrinol,2008,282(1-2):101-111.

[18]Dong J,Albertini DF,Nishimori K,et al.Growth differentiation factor-9 is required during early ovarian folliculogenesis[J].Nature, 1996,383:531-535.

[19]Di Pasquale E,Beck-Peccoz P,Persani L.Hypergonadotropic ovarian failure associated with an inherited mutation of human bone morphogenetic protein-15(BMP15)gene[J].Am J Hum Genet,2004, 75:106-111.

[20]Wang B,Wen Q,Ni F,et al.Analyses of growth differentiation factor 9(GDF 9)and bone morphogenetic protein 15(BMP 15)mutation in Chinese women with premature ovarian failure[J].Clin Endocrinol(Oxf),2010,72(1):135-136.

[21]Ottolenghi C,Ohlari S,Garcia-Ortiz JE,et al.FOXL2 is required for commitment to ovary differentiation[J].Hum Mol Genet,2005, 14(14):2053-2062.

[22]Verdin H,De Baere E.FOXL2 Impairment in human disease[J]. Horm Res Paediatr,2012,77(1):2-11.

[23]Govoroun MS,Pailhoux E,Pannetier M,et al.Isolation chicken homolog of the FOXL2 gene and comparison of its expression patterns with those of aromatase during ovarian development[J].Dev Dyn,2004,231(4):859-870.

[24]Gershon R,Aviel-Ronen S,Korach J,et al.FOXL2 C402G mutation detection using MALDI-TOF-MS in DNA extracted from Israeli granulosa cell tumors[J].Gynecol Oncol,2011,122(3):580-584.

[25]Nallathambi J,Moumn L,De Baere E,et al.A novel polyalanine blepharophimosis syndrome(BPES)associated with ovarian dysfunction[J].Hum Genet,2007,121(1):107-112.

[26]Méduri G,BachelotA,Duflos C,et al.FOXL2 mutations lead to different ovarian phenotypes in BPES patients:case report[J].Hum Reprod,2010,25(1):235-243.

Advance of genes involved in premature ovarian failure.

WAN Qiong,YE Hong.The First Clinical Medical College of China Three Gorges University,Yichang 443000,Hubei,CHINA

Premature ovarian failure(POF)is one of the common causes of female infertility.Its incidence has a tendency to rise year by year.The etiology of POF is complicated,which includes genetic factors,autoimmune diseases,iatrogenic factors,metabolic disease,environment and infection.When it comes to the idiopathic premature ovarian failure,the etiology and mechanism is not fully clear.In recent years,there is much research on molecular biological level to the pathogenesis of POF.Single nucleotide polymorphism analysis,family genetics research,and further research of protein function study all reveal that POF is mostly associated with gene mutation on sex chromosomes or euchromosome,such asFMR1,BMP15,FSHR,GDF9,FOXL2gene.Here we will summarize the POF etiology from genetic view.

Premature ovarian failure;Genetic;Gene mutation;Single nucleotide polymorphism

R711.75

A

1003—6350（2015）14—2109—04

10.3969/j.issn.1003-6350.2015.14.0760

2014-11-21)

湖北省自然科學基金(編號：2014CFB687)

葉 紅。E-mail：yehong998@126.com